JP2012202549A

JP2012202549A - 免震構造体

Info

Publication number: JP2012202549A
Application number: JP2011070865A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tsukada; 将塚田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】被支持体の重量変化があっても適切に免震効果を得ることの可能な免震構造体を得る。
【解決手段】免震構造体１０は、積層方向の一端が基部５４に固定され、積層方向の他端が被支持体に固定される第１積層ゴム体１２と、第１積層ゴム体と離間して並列に配置され、積層方向の一端が基部５４または被支持体の一方に固定され、積層方向の他端が基部５４または被支持体の他方と離間して配置された第２積層ゴム体２０と、基部５４または被支持体の他方と第２積層ゴム体２０の他端の間に両者に当接しつつ配置され、第１積層ゴム体１２及び第２積層ゴム体２０よりもばね定数の低い弾性体３０と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、免震構造体に関するものである。

地震等の振動から建築物、構造物を保護するため、従来から免震構造体が用いられている。例えば、免震構造体として、弾性板と金属板を相互に積層した積層体で構造物を支持するものが知られている。このような免震構造体では、主に弾性板のせん断変形により、水平方向の振動が免震されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

ところで、免震装置の免震特性は、支持する構造体の重量によって変化するため、支持の対象となる被支持体から受ける荷重を考慮して、所定の免震特性が得られるように設計されている。

しかしながら、支持の対象となる被支持体の重量が変化する場合、例えば、タンクや貯水槽などの内容物の量によって重量の変化する被支持体では、免震特性を維持することが難しく、所望の免震効果を得ることが難しかった。

また、特許文献４には、積層ゴムの水平変形によって積層ゴムの剛性を変化させる積層ゴム支承について記載されている。しかしながら、特許文献４の積層ゴム支承では、中央の第１積層ゴムの水平変形が一定量以上なければ、外周の第２積層ゴム、第３積層ゴムには、水平力が作用しない構成となっている。したがって、被支持体の重量が変化すると免震特性が変化してしまい、所望の免震効果を得ることが難しかった。

特開２００３−１４７９９３特表２００６−５１４１８１登録実用新案３１２１１８特開平２−１６２３０

本発明の目的は、上記事実を考慮して成されたものであり、支持の対象となる被支持体の重量変化があっても適切に免震効果を得ることの可能な免震構造体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る免震構造体は、弾性板と金属板とが交互に積層され、積層方向の一端が基部に固定され、前記積層方向の他端が被支持体に固定される第１積層ゴム体と、前記第１積層ゴムと離間して並列に配置され、弾性板と金属板とが前記積層方向と同方向に交互に積層され、前記積層方向の一端が基部または被支持体の一方に固定され、他端が前記基部または被支持体の他方と離間して配置された第２積層ゴム体と、基部または被支持体の他方と前記第２積層ゴム体の他端の間に両者に当接しつつ配置され、前記第１積層ゴム体及び前記第２積層ゴム体よりもばね定数の低い弾性体と、を備えている。

請求項１の免震構造体では、第１積層ゴム体は、一端が基部に固定され、他端が被支持体に固定されている。また、第２積層ゴム体は、積層方向の一端が基部または被支持体に固定され、他端が基部または被支持体の他方と離間して配置されている。ここで、被支持体とは、免震構造体によって支持される構造物を意味している。また、基部は、免震構造体が設置される土台、基礎を意味している。ここでの固定は、直接的な固定でもよいし、取付プレートなどの他の部材を介しての間接的な固定でもよい。

第２積層ゴム体の他端と基部または被支持体の他方との間には、弾性体が配置されている。弾性体は、第２積層ゴム体及び被支持体に当接され、ばね定数が第１積層ゴム体及び前記第２積層ゴム体よりも低くなっている。

被支持体からの荷重が比較的小さく、弾性体の圧縮量が小さい場合には、被支持体と基部水平方向の相対移動によって、主として、第１積層ゴム体及び弾性体がせん断変形し、免震効果を発揮する。被支持体からの荷重が大きくなるに従って、荷重に応じて第２積層ゴム体にせん断力が伝わり、第２積層ゴム体もせん断変形する。

被支持体からの荷重が比較的大きく弾性体の圧縮量が大きい場合には、被支持体と基部水平方向の相対移動によって、第１積層ゴム体及び第２積層ゴム体の双方がせん断変形し、免震効果を発揮する。

ここで、免震構造体の免震特性を考えると、免震周期Ｔ、被支持体からの荷重ｍ、及び、積層ゴム体の水平方向のバネ定数ｋ_ｈの関係は、式（１）のようになる。

したがって、荷重ｍが変化する場合、所望の免震周期Ｔを確保するためには、被支持体からの荷重ｍの増加と共に積層ゴム体の水平方向のバネ定数ｋ_ｈを高くすればよい。

請求項１の免震構造体によれば、前述のように、被支持体からの荷重が大きくなるに従って、第２積層ゴム体へ伝わるせん断力が大きくなるので、免震構造体全体の水平方向のばね定数は大きくなる。したがって、免震構造体の水平方向のばね定数が一定の場合と比較して、免震特性を維持することができる。

請求項２に係る免震構造体は、前記第２積層ゴム体が、前記第１積層ゴム体の外周を囲むように配置されていること、を特徴とする。

このように、第１積層ゴム体と第２積層ゴム体を配置することにより、特に、被支持体からの荷重が小さい場合に、内側に配置された第１積層ゴム体により安定した免震効果を発揮させることができる。

請求項３に係る免震構造体は、前記第１積層ゴム体が柱状とされ、前記第２積層ゴム体が前記第１積層ゴム体を囲む筒形状とされていること、を特徴とする。

このように、第１積層ゴム体を柱状とし、第２積層ゴム体を第１積層ゴム体を囲む筒形状とすることにより、より安定した免震効果を発揮させることができる。

以上説明したように本発明の免震構造体によれば、支持の対象となる被支持体の重量変化があっても適切に免震効果を得ることができる。

本実施形態に係る免震構造体の斜視図である。本実施形態に係る免震構造体を上側からみた一部破断図である。本実施形態に係る免震構造体の断面図である。本実施形態の弾性体の変位と、第２積層ゴム体へ作用するせん断力との関係を示すグラフである。本実施形態に係る免震構造体が設置された状態（貯水量少）を示す断面図である。本実施形態に係る免震構造体の動作状態（貯水量少）を示す断面図である。本実施形態に係る免震構造体が設置された状態（貯水量中）を示す断面図である。本実施形態に係る免震構造体の動作状態（貯水量中）を示す断面図である。本実施形態に係る免震構造体が設置された状態（貯水量多）を示す断面図である。本実施形態に係る免震構造体の動作状態（貯水量多）を示す断面図である。本実施形態に係る免震構造体の弾性体の変形例（Ａ）〜（Ｃ）を示す図である。本実施形態に係る免震構造体の弾性体の変形例（Ｄ）（Ｅ）を示す図である。本実施形態の変形例に係る免震構造体を上側からみた一部破断図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る免震構造体１０について図面を参照して説明する。

図１〜図３には、本発明の実施形態に係る免震構造体１０が示されている。免震構造体１０は、図５に示すように、免震構造体１０の支持対象である被支持体（貯水槽５６）と、免震構造体１０が設置される基部５４の間に配置されている。本実施形態の免震構造体１０は、特に、重量の変化が予め想定されている、タンク、貯水槽などの免震用として、好適に用いることができる。本実施形態では、貯水槽５６を被支持体として支持する場合を例に説明する。

本実施形態の免震構造体１０は、第１積層ゴム体１２、第２積層ゴム体２０、弾性体３０、及び、取付プレート１４Ａ、１４Ｂを備えている。

第１積層ゴム体１２は、図３に示すように、複数枚の円板状の第１金属板１８と、複数枚の円板状の第１弾性板１６とを厚み方向（矢印Ｂ方向）に交互に積層した円柱状の積層体とされている。第１弾性板１６は、ゴム材料で構成されている。第１金属板１８と第１弾性板１６とは、加硫接着により強固に一体化されている。このように、第１弾性板１６だけでなく、第１金属板１８を使用してこれらを交互に積層したことで、鉛直方向（矢印Ｂ方向）の荷重に対しては所定の剛性を有し、水平方向の荷重に対しては、ばね機能を発揮すると共に所定の変形量を確保することが可能になっている。

第１金属板１８の外径は、第１積層ゴム体１２の外径よりも小さくされており、第１金属板１８の外縁には、円筒状に被覆ゴム１９が配置されている。この被覆ゴム１９によって第１金属板１８が覆われており、第１金属板１８が外部へ露出せず劣化が防止されている。

第１積層ゴム体１２の外周には、第２積層ゴム体２０が配置されている。第２積層ゴム体２０は、円筒状とされ、第１積層ゴム体１２を囲むように、かつ、第１積層ゴム体１２と離間して配置されている。第１積層ゴム体１２と第２積層ゴム体２０の間には、空間Ｒが構成されている。

第２積層ゴム体２０は、複数枚のリング板状の第２金属板２８と、複数枚のリング板状の第２弾性板２６とを厚み方向（矢印Ｂ方向）に交互に積層した円筒状の積層体とされている。第２弾性板２６は、ゴム材料で構成されている。第２金属板２８と第２弾性板１６とは、加硫接着により強固に一体化されている。このように、第２弾性板２６だけでなく、第２金属板２８を使用してこれらを交互に積層したことで、鉛直方向（矢印Ｂ方向）の荷重に対しては所定の剛性を有し、水平方向の荷重に対しては、ばね機能を発揮すると共に所定の変形量を確保することが可能になっている。第２積層ゴム体２０の積層方向Ｂの高さは、第１積層ゴム体１２よりも低くなっている。

第２金属板２８の外径は、第２積層ゴム体２０の外径よりも小さくされており、第２金属板２８の外縁には、円筒状に被覆ゴム２９が配置されている。第２金属板２８の内径は第２積層ゴム体２０の内径よりも大きくされており、第２金属板２８の内壁にも、円筒状に被覆ゴム２９が配置されている。この被覆ゴム２９によって第２金属板２８が覆われており、第２金属板２８が外部へ露出せず劣化が防止されている。

第２積層ゴム体２０の上端には、弾性体３０が積層されている。弾性体３０はゴム材料で構成され、第２積層ゴム体２０の上端面を覆うように全周に亘ってリング状に形成されている。弾性体３０は、下端部（第２積層ゴム体２０側の端部）が上端部（取付プレート１４Ｂ側の端部）よりも幅広とされており、内周壁３０ＡがＲの凹状とされている。弾性体３０の積層方向Ｓ（上下方向）のばね定数は、第１積層ゴム体１２及び第２積層ゴム体２０の同方向（積層方向Ｓ）のばね定数よりも小さく設定されている。

第１積層ゴム体１２及び第２積層ゴム体２０の厚み方向（矢印Ｂ方向）の両端側には、取付プレート１４Ａ、１４Ｂが配置されている。取付プレート１４Ａ、１４Ｂは、肉厚の円環状の鋼板で構成されている。

第１積層ゴム体１２は、下端が取付プレート１４Ａに固定され、上端が取付プレート１４Ｂに固定されている。第２積層ゴム体２０は、下端が取付プレート１４Ａに固定されている。第２積層ゴム体２０上に積層された弾性体３０は、上端が取付プレート１４Ｂに固定されている。すなわち、取付プレート１４Ｂと第２積層ゴム体２０の間に弾性体３０が介在し、第２積層ゴム体２０は、弾性体３０を介して取付プレート１４Ｂに連結されている。

取付プレート１４Ａ、１４Ｂはそれぞれ、地盤に設置される基部５４、及び、貯水槽５６に固定される。この状態で、地盤（及び基礎）と貯水槽５６とが水平方向に相対移動すると、この相対移動の振動エネルギーが、第１積層ゴム体１２、第２積層ゴム体２０、及び、弾性体３０のせん断変形によって一部吸収されるようになっている。

次に、免震構造体１０の作用について説明する。

免震構造体１０に対して、鉛直方向の荷重が作用していない場合（貯水槽５６を支持していない場合）には、図３に示すように、第１積層ゴム体１２、弾性体３０、及び、第２積層ゴム体２０は圧縮変形さない状態となっている。

図４には、弾性体３０の積層方向Ｂの変位と、第２積層ゴム体２０へ作用するせん断力（弾性体３０が非変形の時をＳｍｉｎ、圧縮変形が最大の場合をＳｍａｘとする）との関係が示されている。

貯水槽５６の重量が軽い場合、すなわち、貯水槽５６内の貯水量が少ない場合には、図５に示すように、免震構造体１０は、貯水槽５６からの荷重Ｍ１により、第１積層ゴム体１２が圧縮され、弾性体３０が圧縮によりα１（図４参照）だけ弾性変形する。

この状態で、地震などの振動入力により、基部５４と貯水槽５６が水平方向に相対移動すると、図６に示すように、第１積層ゴム体１２がせん断変形する。一方、第２積層ゴム体２０に対しては、弾性体３０の弾性変形により、せん断力の作用はＳ１（図４参照）で小さい。したがって、主として第１積層ゴム体１２がせん断変形することにより、振動エネルギーの一部が吸収され、免震効果を得ることができる。

貯水槽５６の重量が中程度の場合、すなわち、貯水槽５６内の貯水量が満水の半分程度の場合には、図７に示すように、免震構造体１０は、貯水槽５６からの荷重Ｍ２により、第１積層ゴム体１２が圧縮され、弾性体３０が圧縮によりα２（図４参照）だけ弾性変形する。

この状態で、地震などの振動入力により、基部５４と貯水槽５６が水平方向に相対移動すると、図８に示すように、第１積層ゴム体１２がせん断変形する。一方、第２積層ゴム体２０に対しては、弾性体３０の弾性変形により、せん断力の作用はＳ２（図４参照）で中程度である。したがって、主として第１積層ゴム体１２がせん断変形し、補助的に第２積層ゴム体２０がせん断変形することにより、振動エネルギーの一部が吸収され、免震効果を得ることができる。

貯水槽５６の重量が重い場合、すなわち、貯水槽５６内の貯水量が満水の場合には、図９に示すように、免震構造体１０は、貯水槽５６からの荷重Ｍ３により、第１積層ゴム体１２が圧縮され、弾性体３０が最大限圧縮してα３（図４参照）だけ弾性変形する。

この状態で、地震などの振動入力により、基部５４と貯水槽５６が水平方向に相対移動すると、図１０に示すように、第１積層ゴム体１２がせん断変形すると共に第２積層ゴム体２０にもＳ３（図４参照）のせん断力が作用して第２積層ゴム体２０がせん断変形することにより、振動エネルギーの一部が吸収され、免震効果を得ることができる。

ここで、免震構造体１０の免震特性を考えると、免震周期Ｔ、被支持体からの荷重ｍ、及び、免震構造体１０全体の水平方向のバネ定数ｋ_ｈの関係は、式（１）のようになる。

本実施形態の免震構造体１０によれば、前述のように、貯水槽５６からの荷重ｍが大きくなると、第２積層ゴム体２０に作用するせん断力が増加し、免震構造体１０全体の水平方向のバネ定数ｋ_ｈは大きくなる。したがって、免震構造体の水平方向のバネ定数ｋ_ｈが一定の場合と比較して、免震特性を維持することができ、免震効果を発揮することができる。

なお、本実施形態では、弾性体３０の形状を、下端部が上端部よりも幅広で、内周壁３０Ａが凹状の場合で説明したが、この形状に限定されるものではない。例えば、図１１−１（Ａ）に示されるように、内周壁３０ＡをＲの凹状ではなく、切欠き形状３０Ｂのようにしてもよい。また、図１１−１（Ｂ）に示されるように、取付プレート１４Ｂ側（図中の上側）に２条の凹溝３０Ｃを構成してもよいし、図１１−１（Ｃ）に示されるように、取付プレート１４Ｂ側（図中の上側）の幅方向中央に凹溝３０Ｄを構成し、凹溝３０Ｄを構成する径方向内側及び径方向外側の凸条３１を、断面が取付プレート１４Ｂ側へ向かって山形となるように形成してもよい。さらに、弾性体として、図１１−２（Ｄ）に示されるように、上端部及び下端部が同幅となるような角形弾性体３０Ｈとしてもよい。

また、弾性体として、図１１−２（Ｅ）に示されるように、コイルスプリング３０Ｓを複数配置してもよい。

また、本実施形態では、第１積層ゴム体１２を円柱状とし、第２積層ゴム体２０を円筒状としたが、第１積層ゴム体１２を角柱状（３〜８角柱など）とし、第２積層ゴム体２０及び弾性体３０をその外周に沿った、角筒状としてもよい。

また、第２積層ゴム体は、円筒状である必要はなく、図１２に示すように、複数の円柱状の第２積層ゴム体２１を第１積層ゴム１２の外周を囲むように配置してもよい。この場合には、各第２積層ゴム体２１の上端に弾性体３１を形成すればよい。

また、本実施形態では、第１積層ゴム体１２を円柱状とし、その外周に円筒状の第２積層ゴム体２０及び弾性体３０を配置したが、内外逆の配置、即ち、第２積層ゴム体２０及び弾性体３０を円柱状とし、その外周に円筒状の第１積層ゴム体１２を配置してもよい。本実施形態のように、第１積層ゴム体１２を径方向内側に配置することにより、特に貯水槽５６からの荷重が小さい場合に、安定した免震効果を発揮させることができる。

また、本実施形態では、弾性体３０を第２積層ゴム体２０の上側、即ち、貯水槽５６側に配置したが、弾性体３０は、第２積層ゴム体２０の下側、即ち、基部５４側に配置してもよい。

１０免震構造体
１２第１積層ゴム体
１６弾性板
１８金属板
２０第２積層ゴム体
２６弾性板
２８金属板
３０弾性体
５４基部
５６貯水槽（被支持体）
Ｒ空間

Claims

弾性板と金属板とが交互に積層され、積層方向の一端が基部に固定され、前記積層方向の他端が被支持体に固定される第１積層ゴム体と、
前記第１積層ゴム体と離間して並列に配置され、弾性板と金属板とが前記積層方向と同方向に交互に積層され、前記積層方向の一端が基部または被支持体の一方に固定され、他端が前記基部または被支持体の他方と離間して配置された第２積層ゴム体と、
基部または被支持体の他方と前記第２積層ゴム体の他端の間に両者に当接しつつ配置され、前記第１積層ゴム体及び前記第２積層ゴム体よりもばね定数の低い弾性体と、
を備えた免震構造体。
前記第２積層ゴム体は、前記第１積層ゴム体の外周を囲むように配置されていること、を特徴とする請求項１に記載の免震構造体。
前記第１積層ゴム体は柱状とされ、前記第２積層ゴム体は前記第１積層ゴム体を囲む筒形状とされていること、を特徴とする請求項２に記載の免震構造体。